Produção de biobaterias a partir de membranas obtidas pela técnica de electrofiação

O presente trabalho visa a Produção de Biobaterias a partir de Membranas obtidas pela técnica de Electrofiação. Com este trabalho pretendeu-se desenvolver um dispositivo electroquímico(biobateria) capaz de gerar energia eléctrica a partir de biofluidos, como a transpiração e o sangue, e com capacidade de satisfazer as necessidades de dispositivos electrónicos de baixo consumo. Para o desenvolvimento das biobaterias começou-se por produzir membranas de nanofibras de acetato de celulose, por electrofiação. As nanofibras produzidas, de forma regular e de baixa dispersão de diâmetros, conferem à membrana elevadas porosidade, flexibilidade e área superficial. Neste trabalho, as membranas de nanofibras são utilizadas como suporte físico (substrato) e separador, sendo os eléctrodos depositados sob a forma de filme fino, em ambas as faces da membrana, formando o dispositivo electroquímico. O comportamento electroquímico da membrana foi analisado por voltametria cíclica, pretendendo-se estudar as reacções electroquímicas e avaliar a cinética da transferência de electrões no processo de oxidação-redução. De um modo geral, verificou-se que a produção de energia depende não só dos materiais que formam o ânodo e o cátodo, mas também do tipo de solução utilizada como combustível, bem como da espessura da membrana. Os resultados mostraram ser possível obter correntes desde os 10 nA até os 0,6 mA, para uma área de 1cm2. Com o intuito de demonstrar as potencialidades destes dispositivos, algumas estruturas foram testadas sobre a pele suada, apresentando valores de tensão e correntes bastante promissores.

Produção e caracterização de biobaterias a partir de matrizes de nano-microfibras

Na vanguarda do desenvolvimento tecnológico impõe-se o desenvolvimento de sistemas inovadores capazes de gerar energia eléctrica e de responder às necessidades relativas de miniaturização da nova geração de biodispositivos electrónicos portáteis, sem fios e auto-suficientes. O objectivo deste trabalho consistiu na produção e caracterização de um dispositivo electroquímico (biobateria) de espessura reduzida e flexível, capaz de gerar energia eléctrica a partir de fluidos biológicos, como o sangue ou suor. Parte da investigação incidiu sobre a produção e caracterização da matriz de nano-microfibras de policaprolactona. Esta matriz constitui a base dos dispositivos produzidos. Foi obtida através da técnica de electrofiação, consistindo numa membrana porosa, flexível e com elevada área superficial. Posteriormente, em ambas as faces da membrana foram depositados eléctrodos metálicos pela técnica de evaporação térmica assistida por canhão de electrões. Os estudos realizados, que incluíram a análise do comportamento electroquímico através de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância, revelaram que os dispositivos produzidos apresentam um desempenho que depende do tempo de imersão em fluidos biológicos (como o suor), da espessura da membrana assim como dos materiais empregues na formação dos eléctrodos. Por último, procedeu-se à demonstração da aplicabilidade do dispositivo produzido colocando-o sobre pele suada e obtiveram-se valores de tensão e corrente promissores que podem levar à aplicação deste dispositivo em pacemakers, dispositivos biomédicos auto-alimentados, entre outros.

Fiber functionalization for biomedical applications

Deep-eutectic solvents (DES) are considered novel renewable and biodegradable solvents, with a cheap and easy synthesis, without waste production. Later it was discovered a new subclass of DES that even can be biocompatible, since their synthesis uses primary metabolites such as amino acids, organic acids and sugars, from organisms. This subclass was named natural deep-eutectic solvents (NADES). Due to their properties it was tried to study the interaction between these solvents and biopolymers, in order to produce functionalized fibers for biomedical applications. In this way, fibers were produced by using the electrospinning technique. However, it was first necessary to study some physical properties of NADES, as well as the influence of water in their properties. It has been concluded that the water has a high influence on NADES properties, which can be seen on the results obtained from the rheology and viscosity studies. The fluid dynamics had changed, as well as the viscosity. Afterwards, it was tested the viability of using a starch blend. First it was tested the dissolution of these biopolymers into NADES, in order to study the viability of their application in electrospinning. However the results obtained were not satisfactory, since the starch polymers studied did not presented any dissolution in any NADES, or even in organic solvents. In this way it was changed the approach, and it was used other biocompatible polymers. Poly(ethylene oxide), poly(vinyl alcohol) and gelatin were the others biopolymers tested for the electrospinning, with NADES. All polymers show good results, since it was possible to obtain fibers. However for gelatin it was used only eutectic mixtures, containing active pharmaceutical ingredients (API’s), instead of NADES. For this case it was used mandelic acid (antimicrobial properties), choline chloride, ibuprofen (anti-inflammatory properties) and menthol (analgesic properties). The polymers and the produced fibers were characterized by scanning electron microscope (SEM), Transmission electron microscopy (TEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). With the help of these techniques it was possible to conclude that it was possible to encapsulate NADES within the fibers. Rheology it was also study for poly(ethylene oxide) and poly(vinyl alcohol), in a way to understand the influence of polymer concentration, on the electrospinning technique. For the gelatin, among the characterization techniques, it was also performed cytotoxicity and drug release studies. The gelatin membranes did not show any toxicity for the cells, since their viability was maintained. Regarding the controlled release profile experiment no conclusion could be drawn from the experiments, due to the rapid and complete dissolution of the gelatin in the buffer solution. However it was possible to quantify the mixture of choline chloride with mandelic acid, allowing thus to complete, and confirm, the information already obtained for the others characterization technique.

Desenvolvimento de microgéis híbridos para a sua aplicação em tratamentos de hipertermia magnética

A adição de nanopartículas magnéticas a polímeros termossensíveis permite desenvolver sistemas híbridos com possíveis aplicações biomédicas no âmbito do diagnóstico e/ou da terapia. A variedade de aplicações ao nível biomédico advêm da capacidade de resposta a vários estímulos, podendo tornar estes sistemas multifuncionais. O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de microgéis híbridos termossensíveis com capacidade de resposta tanto à temperatura como ao campo magnético aplicado. Os microgéis híbridos sintetizados por polimerização por emulsão sem tensioativo (polimerização por precipitação) são constituídos por poli (N-isopropilacrilamida) (PNIPAAm) reticulado e quitosano (CS), sendo a componente inorgânica composta por nanopartículas magnéticas de óxido de ferro (IONPs), previamente sintetizadas por precipitação química. Foram sintetizados microgéis com diferentes percentagens (%m/m) de CS: 2, 10, 15, 20 e 40; bem como com diferentes percentagens (%m/m) de IONPs: 5 e 10%. Os microgéis sintetizados foram caracterizados de forma a otimizar o seu processo de produção. Para tal foi avaliada a sua estrutura, as propriedades físico-químicas e magnéticas e a capacidade de inchamento dos diferentes microgéis produzidos. Por último, foi avaliado o potencial destes microgéis híbridos funcionarem como agentes de hipertermia magnética. Confirmou-se que os microgéis obtidos apresentam uma morfologia esférica com diâmetros médios inferiores a um micrómetro. A introdução tanto do CS como das IONPs não alterou a termossensíbilidade dos microgéis, embora tenha provocado uma diminuição nas suas capacidades de inchamento. Verificou-se ainda que o encapsulamento das nanopartículas de óxido de ferro não alterou as propriedades superparamagnéticas das mesmas. Estes dados, em conjunto com os resultados de hipertermia magnética, revelam um potencial para a aplicação destes microgéis híbridos em hipertermia magnética.

Development of bio-batteries based on electrospun membranes

Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT-MCTES) under the grant SFRH/BD/69306/2010

Hydroxyapatite porous structures for bone tissue engineering

Esta dissertação teve como objetivo o desenvolvimento de espumas porosas de hidroxiapatite (HA) baseadas em réplicas invertidas de cristais coloidais (ICC) para substituição óssea. Um ICC é uma estrutura tridimensional de elevada porosidade que apresenta uma rede interconectada de poros com elevada uniformidade de tamanhos. Este tipo de arquitetura possibilita uma proliferação celular homogénea e superiores propriedades mecânicas quando comparada com espumas de geometria não uniforme. O cristal coloidal (CC) - o molde da espuma - foi criado por empacotamento de microesferas de poliestireno (270 μm) produzidas por microfluídica e posterior tratamento térmico. O molde foi impregnado com um gel de hidroxiapatite produzido via sol-gel utilizando pentóxido de fósforo e nitrato de cálcio tetrahidratado como percursores de fósforo e cálcio, respectivamente. A espuma cerâmica foi obtida num único passo depois de um tratamento térmico a 1100oC que permitiu a solidificação do gel e a remoção do CC. A análise por espetroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e difração de raios-X (XRD) revelou uma hidroxiapatite carbonatada tipo A com presença de fosfatos tricálcicos. As propriedades mecânicas foram avaliadas por testes de compressão. A biocompatibilidade in vitro foi demonstrada através de testes de adesão e proliferação celular de osteoblastos.

Influence of the molecular weight in mechanical properties and degradation kinetics of chitosan inverted colloidal crystals

Tissue engineering arises from the need to regenerate organs and tissues, requiring the development of scaffolds, which can provide an optimum environment for tissue growth. In this work, chitosan with different molecular weights was used to develop biodegradable 3D inverted colloidal crystals (ICC) structures for bone regeneration, exhibiting uniform pore size and interconnected network. Moreover, in vitro tests were conducted by studying the influence of the molecular weight in the degradation kinetics and mechanical properties. The production of ICC included four major stages: fabrication of microspheres; assembly into a cohesive structure, polymeric solution infiltration and microsphere removal. Chitosan’s degree of deacetylation was determined by infrared spectroscopy and molecular weight was obtained via capillary viscometry. In order to understand the effect of the molecular weight in ICC structures, the mass loss and mechanical properties were analyzed after degradation with lysozyme. Structure morphology observation before and after degradation was performed by scanning electron microscopy. Cellular adhesion and proliferation tests were carried out to evaluate ICC in vitro response. Overall, medium molecular weight ICC revealed the best balance in terms of mechanical properties, degradation rate, morphology and biological behaviour.

Soft biomaterials as a substitute for the Nucleus Pulposus

One of the largest health problems faced worldwide, when evaluated by direct (clinical) as well indirect cost (absenteeism), is the degeneration of the intervertebral disc (IVD) that leads to back pain and, potentially disability and individual´s quality of life decreasing. The intervertebral disc is a mechanical and biological complex structure, formed by a tough outer layer of fibrocartilage called Annulus Fibrosus (AF),which surrounds a soft, elastic and gelatinous core called Nucleus Pulposus (NP). These two structures are completed by two upper and lower encasing layer called Vertebral Endplates (VEP). The degeneration of the IVD is marked by the dehydration of the Nucleus Pulposus, reducing the hydrostatic pressure inside the nucleus, resulting in a loss of capability to support compressive forces, during the active period, and to regain height during the resting period. This situation will compromise the role of shock absorber by the NP and transfers these forces to the AF. This transfer will result in cracks on the AF, deteriorating the IVD, allowing the ingrowth of vessels and nerves. This project was based on the developing a protocol to test suitable NP replacements, in hope to future assessment of discrete mechanical values and characteristics for an NP replacement. For this, Nucleus pulposus samples from goat, encapsulated Hydromed gel denominated “Raviolis” and Chitosan gels, produced via wet route using an ammonium environment, were confined compressed. Chitosan was rheologically tested and swelling capability of all the three type of materials was assessed. Results showed that the Nucleus Pulposus and “Raviolis” have similar mechanical behavior, being able to swell and “build up” hydrostatic pressure after a compression stage, while the Chitosan gel did not showed that ability. Therefore, “Raviolis” are a more suitable candidate to replace the NP than Chitosan gels. It was also observed that confined compression is the key test to perform on any possible candidate to replace the NP.

Novas suturas à base de nanofibras poliméricas

As suturas são dispositivos médicos utilizados na aproximação dos bordos de feridas cirúrgicas ou acidentais. O objectivo deste trabalho consistiu em produzir um fio de sutura com base num material polimérico biodegradável. Para a produção do fio utilizou-se a técnica de electrofiação que permite a obtenção de fibras de diâmetro sub-micrométrico a partir de soluções poliméricas. Os polímeros usados foram a policaprolactona (PCL) e o acetato de celulose (AcCel), polímero sintético e natural, respectivamente. Usaram-se como solventes o clorofórmio e a dimetilacetamida. Foram realizados ensaios mecânicos para caracterizar as propriedades mecânicas das fibras. As fibras compostas por PCL e AcCel apresentaram tensão máxima inferior e módulo de Young superior às fibras de PCL. Concluiu-se que a adição de acetato de celulose tornou as fibras menos elásticas, como era esperado. Quando submetidos a deformações cíclicas, ambos os tipos de fibras mostraram um comportamento idêntico ao apresentado por uma amostra do mesmo material numa única tracção. Para obter os fios, utilizaram-se dois instrumentos de corte. Depois de alongados obtiveram-se fios com calibres correspondentes a 5-0 e 4-0, segundo a classificação da Pharmacopeia dos Estados Unidos. De seguida foram feitos testes in vivo em dois ratos de laboratório, da estirpe Wistar. Durante o procedimento cirúrgico os fios mostraram ser de fácil manuseamento permitindo um bom atravessamento dos tecidos. Observou-se uma boa regeneração dos tecidos apresentando uma cicatrização limpa e com bom aspecto. Os fios de sutura desenvolvidos neste trabalho reúnem as vantagens das suturas mono-filamento e multi-filamento sem nenhuma das respectivas desvantagens.

Nanocomposite polymer beads for cell detection

Circulating tumor cells (CTCs) may induce metastases when detached from the primary tumor. The numbers of these cells in blood offers a valuable prognostic indication. Magnetoresistive sensing is an attractive option for CTC counting. In this technique, cells are labeled with nancomposite polymer beads that provide the magnetic signal. Bead properties such as size and magnetic content must be optimized in order to be used as a detection tool in a magnetoresistive platform. Another important component of the platform is the magnet required for proper sensing. Both components are addressed in this work. Nanocomposite polymer beads were produced by nano-emulsion and membrane emulsification. Formulations of the oil phase comprising a mixture of aromatic monomers and iron oxide were employed. The effect of emulsifier (surfactant) concentration on bead size was studied. Formulations of polydimethilsiloxane (PDMS) with different viscosities were also prepared with nano-emulsion method resulting in colloidal beads. Polycaprolactone (PCL) beads were also synthetized by the membrane emulsification method. The beads were characterized by different techiques such as dynamic light scattering (DLS), thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM). Additionally, the magnet dimensions of the platform designed to detect CTCs were optimized through a COMSOL multiphysics simulation.

Fístula aortobroncopulmonar em pós-operatório tardio de coarctação da aorta

JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS: Em pacientes com hemoptise e história de cirurgia aórtica, a possibilidade de fístula aortobroncopulmonar deve sempre ser considerada. O objetivo deste estudo foi relatar um caso raro de hemoptise por fístula aortobroncopulmonar em pós-operatório tardio de cirurgia aórtica. RELATO DE CASO: Mulher, 34 anos, correção cirúrgica de coarctação de aorta na infância, apresentando hemoptise maciça. Ecocardiograma evidenciou pseudoaneurisma. Foi realizada a cirurgia e implantado tubo de dacron no segmento aórtico envolvido com sucesso. CONCLUSÕES: Fístula aortobroncopulmonar deve ser lembrada em pacientes com cirurgia aórtica prévia, principalmente pela elevada morbimortalidade se não diagnosticada e tratada precocemente.

Molecular diagnosis of strongyloidiasis in tropical areas: a comparison of conventional and real-time polymerase chain reaction with parasitological methods

This study aimed to evaluate the use of conventional polymerase chain reaction (cPCR) and real-time quantitative PCR (qPCR) in the diagnosis of human strongyloidiasis from stool samples in tropical areas. Stool samples were collected from individuals and were determined to be positive for Strongyloides stercoralis (group I), negative for S. stercoralis (group II) and positive for other enteroparasite species (group III). DNA specific to S. stercoralis was found in 76.7% of group I samples by cPCR and in 90% of group I samples by qPCR. The results show that molecular methods can be used as alternative tools for detecting S. stercoralis in human stool samples in tropical areas.

Análise dos stakeholders das empresas industriais do estado de São Paulo

Neste estudo, pretende-se analisar as relações entre as empresas industriais do estado de São Paulo e seus stakeholders, tendo como base conceitual a Teoria dos Stakeholders. A pesquisa, descritiva e quantitativa, parte de três atributos - poder, legitimidade e urgência - que definem a relação ou influência entre cada stakeholder e a organização. O levantamento de dados foi conduzido por meio de uma pesquisa do tipo survey eletrônica, com o uso de um questionário enviado a associados do Centro das Indústrias do Estado de São Paulo. A amostragem adotada foi intencional e não probabilística, obtendo-se uma amostra com 149 respostas válidas. Apesar das restrições metodológicas, os resultados indicam que os stakeholders são vistos pelos respondentes de formas diversas, o que tornaria viável a diferenciação de tratamento e de priorização estratégica dos stakeholders por parte das organizações, com predomínio dos clientes e consumidores sobre os demais. Por meio de uma análise fatorial, agruparam-se as 11 classes de stakeholders analisadas em 3 categorias - relacionamento direto com o negócio, relacionamento indireto com o negócio e propriedade do negócio -, diferentes das classificações propostas em estudos anteriores.

Computational modeling for irrigated agriculture planning. Part I: general description and linear programming

Linear programming models are effective tools to support initial or periodic planning of agricultural enterprises, requiring, however, technical coefficients that can be determined using computer simulation models. This paper, presented in two parts, deals with the development, application and tests of a methodology and of a computational modeling tool to support planning of irrigated agriculture activities. Part I aimed at the development and application, including sensitivity analysis, of a multiyear linear programming model to optimize the financial return and water use, at farm level for Jaíba irrigation scheme, Minas Gerais State, Brazil, using data on crop irrigation requirement and yield, obtained from previous simulation with MCID model. The linear programming model outputted a crop pattern to which a maximum total net present value of R$ 372,723.00 for the four years period, was obtained. Constraints on monthly water availability, labor, land and production were critical in the optimal solution. In relation to the water use optimization, it was verified that an expressive reductions on the irrigation requirements may be achieved by small reductions on the maximum total net present value.

Computational modeling for irrigated agriculture planning. Part II: risk analysis

Techniques of evaluation of risks coming from inherent uncertainties to the agricultural activity should accompany planning studies. The risk analysis should be carried out by risk simulation using techniques as the Monte Carlo method. This study was carried out to develop a computer program so-called P-RISCO for the application of risky simulations on linear programming models, to apply to a case study, as well to test the results comparatively to the @RISK program. In the risk analysis it was observed that the average of the output variable total net present value, U, was considerably lower than the maximum U value obtained from the linear programming model. It was also verified that the enterprise will be front to expressive risk of shortage of water in the month of April, what doesn't happen for the cropping pattern obtained by the minimization of the irrigation requirement in the months of April in the four years. The scenario analysis indicated that the sale price of the passion fruit crop exercises expressive influence on the financial performance of the enterprise. In the comparative analysis it was verified the equivalence of P-RISCO and @RISK programs in the execution of the risk simulation for the considered scenario.